Determinao de Alumnio em Rochas por Titulometria Indireta

Danielle de Almeida Carvalho Bolsista de Inic. Cientfica, Lic. Qumica, UFRJ Gabriel Oliver Gonalves Orientador, Geoqumico Ambiental, M. Sc.

RESUMOFoi implementada uma metodologia para determinao de alumnio por titulometria indireta cido-base em argilas. A amostra foi primeiramente dissolvida com uma mistura cida nas propores de 4H2O:5HNO3:5H2SO 4 e o alumnio residual foi submetido fuso e posterior dissoluo cida. soluo em meio neutro, contendo alumnio, foi adicionado fluoreto, as hidroxilas liberadas foram tituladas com soluo padronizada de HCl 0,05M. A determinao de alumnio pelo mtodo proposto apresentou boa preciso e exatido. Alm disso, o mtodo simples e apresenta baixo custo e boa sensibilidade (LOD para Al2O3 = 0,18%).

1. INTRODUO Embora seja o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre no fcil extra-lo, pois s ocorre na forma de compostos (substncia formada por dois ou mais elementos q umicos). Est presente principalmente na forma de silicatos (feldspatos, micas, caulim, argila, etc.), bauxita (Al2O3.nH2O), corindon (Al2O3), rubi (Al2O3 com incluso de Cr2O3), safira (Al2O3 com incluso de TiO2 e Fe2O3) e topzio (Al2O3 com incluso de MnO2). Foi obtido livre pela primeira vez por Oersted, em 1825, em uma forma impura. Em 1827, Whler obteve o alumnio em uma forma mais pura e posteriormente Bunsen e Deville obtiveram-no praticamente puro. A criolita foi o primeiro minrio empregado para a sua obteno industrial. Atualmente, ele extrado da bauxita que contem o metal em maiores propores[1,2].

76

O processo para se obter alumnio primrio um dos que mais consome energia eltrica, j para se produzir o alumnio o secundrio (a reciclagem figura-1), o consumo de energia muito baixo comparado com o para produzir o alumnio primrio. Por exemplo, para reciclar uma tonelada de alumnio gasta-se somente 5% da energia que seria necessria para produzir essa mesma quantidade de alumnio primrio, ou seja, a reciclagem do alumnio proporciona uma economia de 95% da energia, quantidade suficiente para manter iluminadas 48 residncias por um ms. O preo pago por tonelada de latinhas vale 35 vezes mais do que o quilo de latas de ao ou do vidro, 10 vezes mais que um quilo de papel e 6 vezes mais do que o quilo da garrafa pet. Esse processo tem uma grande importncia social por beneficiar as famlias que exercem a atividade de coleta com a gerao de renda permanente. Cooperativas de catadores, aposentados, desempregados e subempregados encontram nessa atividade uma fonte de renda ou a sua complementao. Atualmente, segundo a ABAL (Associao Brasileira de Alumnio), estima-se que mais de 130 mil pessoas vivam exclusivamente da coleta de latas para a reciclagem. Para se ter uma idia, a reciclagem de uma nica latinha de alumnio economiza energia suficiente para manter um aparelho de TV ligado durante trs horas. Para se determinar alumnio total em amostras de silicatos e quando no se tem interesse em determinar slica simultaneamente, a amostra pr-tratada inicialmente com cido fluordrico. A completa dissoluo realizada normalmente com uma mistura de cido sulfrico e ntrico. Quando se tem interesse em se determinar simultaneamente slica e alumnio, a amostra normalmente dissolvida com uma mistura de cido sulfrico e ntrico e o resduo insolvel que praticamente slica, separado por filtrao. Em seguida, a slica fluorizada e determinada por diferena de massas. O resduo restante dessa etapa fundido, dissolvido e combinado com a soluo anterior para determinao dos metais, incluindo o Al [3]. Vrios mtodos tm sido publicados para a determinao alumnio em soluo: espectrometria de absoro atmica com chama (EAA), espectrometria de emisso com plasma indutivamente acoplado (ICP-AES), espectrometria de fluorescncia de raios-X (RFX), potenciometria, gravimetria e espectrometria no UV-Visvel (UV/Vis). A determinao de Al por EAA realizada utilizando chama de xido nitroso e acetileno (N2O/C2H2) . Esta tcnica consegue determinar alumnio em

77

concentraes que variam de ppm a %. Para se determinar altas concentraes utilizado o procedimento de diluies sucessivas. Em ambas as faixas de concentrao os resultados so satisfatrios[3,4]. A tcnica de ICP consegue tambm determinar baixos nveis de Al com a vantagem de ter uma faixa de linearidade bem mais ampla, podendo assim, determinar concentraes mais elevadas sem usar o recurso de diluio da amostra[4]. A tcnica de FRX pode analisar Al em baixas e altas concentraes com boa reprodutibilidade, principalmente quando a matriz conhecida, j que, o equipamento calibrado com padres que apresentam caractersticas semelhantes ao da amostra. Alm disso, possui a vantagem de no necessitar de dissoluo da amostra[3]. As tcnicas de potenciometria e gravimetria [3,5] so normalmente aplicadas s amostras contendo Al em concentraes na faixa de % e UV/Vis para baixas concentraes[6].

FIGURA-1. Ciclo da reciclagem do alumnio

78

2. OBJETIVO Implementar e otimizar uma metodologia simples, precisa e exata para determinao de alumnio em argilas. 3. MATERIAIS E MTODOS 3.1. REAGENTES, SOLUES E AMOSTRAS Todos os reagentes utilizados foram de grau analtico (P.A.). Toda a gua utilizada foi previamente destilada e deionizada. Foram utilizadas as seguintes solues: a) mistura cida: 4 partes de gua, 5 partes de cido ntrico (HNO3) e 5 partes de cido sulfrico (H2SO4) b) cido sulfrico (H2SO4) 1M c) cido fluordrico (HF) d) cido clordrico (HCl) 0,05 M, 0,5M e 1M e) hidrxido de sdio (NaOH) 1M f) gluconato de sdio (C6H11NaO7) 1M g) fluoreto de sdio (NaF) 5M h) pirosulfato ou bissulfato de potssio ou sdio ?(K,Na)2S2O7 / (K,Na) HSO4?

79

i) soluo-estoque de 1000 mg L-1 de Al, preparada a partir do concentrado de uma ampola Titrisol, Merck. 3.2. PROCEDIMENTO 3.2.1. Dissoluo cida da amostra Em um bcher de 400mL contendo 0,5 g de amostra, pesada com preciso de 0,1mg, foram adicionados 50mL da soluo de m istura cida (item 3.1). Foi colocado um vidro de relgio raiado sobre o bcher e levado chapa aquecedora. Ao iniciar o desprendimento intenso de fumos brancos (SO3), o aquecimento foi mantido no mnimo por mais 60 minutos. Deixou-se esfriar e adicionaram-se 100mL de HCl 1M, lavando-se o vidro de relgio com essa soluo. Cobriu-se o bcher com vidro de relgio liso e aqueceu-se novamente para solubilizar totalmente os sais solveis. Filtrou-se em papel de filtro de mdia porosidade e o filtrado foi recolhido em balo volumtrico de 500mL. Lavou-se bem o bcher e o papel de filtro com HCl 0,5M e, em seguida, com gua quente. O filtrado continha Al solvel enquanto que no papel de filtro ficaram retidos substncias insolveis, tais como slica e Al residual. 3.2.2. Dissoluo de alumnio residual Transferiu-se o papel de filtro para um cadinho de platina, carbonizou-se o papel inicialmente em temperatura branda e queimou-se em forno mufla 950 ? 500C por 60 minutos. Retirou-se da mufla e deixou-se esfriar. Adicionaram-se 2 gotas de H2SO4 concentrado, 10 mL de HF e aqueceu-se a mistura at eliminar todo HF. Adicionaram-se mais 5mL de HF e aqueceu-se at secura total. O cadinho foi calcinado 900 ? 50C por 10 minutos, deixou-se esfriar e fundiu-se o resduo com 2,00g de K2S2O7 ou KHSO4. Em seguida, o resduo foi solubilizado com 25mL de H2SO4 1M . Essa soluo foi misturada quela obtida no item 3.2.1 e transferida para balo volumtrico de 500mL. O volume foi ajustado com gua. 3.2.3. Titulao indireta do alumnio Transferiu-se uma alquota adequada (50 mL) para um bcher, e o volume foi completado a 100mL. Adicionaram-se 10mL de C6H11NaO7 1M para complexar os hidrxido formados durante a neutralizao da soluo que vai

80

ser determinado o alumnio (equao 1) e 5 gotas de fenolftalena (indicador). Ao adicionar a fenolftalena no foi observada mudana na colorao da soluo o que indica que o meio estava cido. Adicionou-se ento, gota a gota, uma soluo de NaOH 1M at cor rsea permanente. Em seguida, o meio foi neutralizado com uma soluo de HCl 0,05M. Adicionaram-se 30mL de NaF 5M e as hidroxilas liberadas foram tituladas com HCl 0,05M, medindo-se o volume gasto. 3.2.4. REAES As reaes podem ser representadas pelas equaes 1, 2 e 3[5]. Al2(SO4) 3 + 6 NaOH(C6H11NaO7)

2 Al(OH)3 + 3Na2SO4

(1) (2) (3)

Al(OH)3 + 3NaF + 3H2O ? AlF 3 + 3 NaOH 3 NaOH + 3 HCl ? 3 NaCl + 3 H2O 3.2.5. CLCULOS

A determinao de Al em % foi calculada conforme a expresso: %Al2O3 ? 1,6993? M1? V1? V2 V3 x m onde: M1 = molaridade da soluo de HCl V1 = volume da soluo de HCl V2 = volume do balo volumtrico V3 = volume da alquota da soluo-amostra m = massa da amostra

81

3.2.6. LIMITE DE DETECO O limite de deteco (LOD) do mtodo foi determinado utilizando-se a equao: LOD = x + k s, onde x a mdia do branco, k = 3 e s o desvio padro das medidas do branco [7]. Foram realizadas 10 medidas do branco, e o LOD encontrado para a determinao de Al2O3 foi igual a 0,18%. 4. RESULTADOS E DISCUSSO A tabela 1 apresenta os resultados obtidos. Para o padro certificado de argila IPT-42 foi encontrado o teor mdio de Al2O3 (32,2%) e desvio padro (SD = 0,1%) igual ao valor certificado para o mesmo nmero de determinaes (n=7). O mtodo quando aplicado a duas amostras de argila apresentou tambm boa preciso (SD < 0,08 %).TABELA-1. Determinao de Alumnio em amostras de argila

Amostra

Concentrao de Al2O3 (%) mdia + SD Esperada Encontrada 32,2 + 0,1 32,2 + 0,1 36,2 + 0,08 36,6 + 0,03 n determinaes 7 5 5

IPT - 42 A B

5. CONCLUSES A determinao de alumnio pelo mtodo proposto apresentou boa preciso (SD < 0,1%), exatido e sensibilidade (LOD para Al2O3 = 0,18%). Alm disso, o mtodo simples, rpido e com baixo custo. A determinao de alumnio pelo mtodo proposto, pode ser aplicado para qualquer material sem prejudicar, na preciso e exatido, se a metodologia aplicada para a digesto da amostra for condigente com o tipo de mineral que compe a rocha.

82

4. BIBLIOGRAFIA 1-http://www.merckquimica.com.br/quimica/tpie/al_fr.htm.Descoberta, Ocorrncia, Propriedades qumica e fsicas. 2-Leprevost, A. (1975) Qumica Analtica dos Minerais, Rio de Janeiro: Livros Tcnicos e Cientficos Editora S.A., pp. 331. 3-Johnson, W.M. and Maxwell J.A. (1981) Rock and Mineral Analysis., vol.27, Second Edition. A Wiley-Intercience Publication pp. 269, 284, 355 - 357. 4-Ewing, G. W. (1998) Mtodos Instrumentais de Anlise Qumica., vol I ,6a Ed., Editora Edgard Blcher Ltda. 5-Furman, N. H (1962) Standard Methods of Chemical Analysis., Sixth Edition.Vol. I, Robert E. Krieger Publishing Co., pp 40 82. 6-Snell, F.D. and Snell, C.T. (1959) Toronto: Colorimetric Methods of Analysis., vol IIA. D. Van Nostrand Co., Inc. pp 156 - 187. 7-Eckschlager, K. (1969) Errors, Measurement and Results in Chemical Analysis, Van Nostrand Reinhold Co., London, pp 129.

83